JP2019512134A - Method and system for solving Lagrange duals of binary polynomially constrained multinomial programming problems using a binary optimizer - Google Patents

Method and system for solving Lagrange duals of binary polynomially constrained multinomial programming problems using a binary optimizer Download PDF

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Abstract

2値多項的に制約された多項計画問題(BPCPPP、binary polynomially constrained polynomial programming problem)のラグランジュ双対を解くための方法及びシステムを開示する。方法は、BPCPPPを取得するステップと;収束が検出されるまでは反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数におけるBPCPPPのラグランジュ緩和を表す制約無しの2値2次計画問題(UBQPP、unconstrained binary quadratic programming problem)を提供し、UBQPPを2値オプティマイザに提供し、2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;収束後に、対応する知られている最良の主双対及び知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップとを含む。【選択図】図1Disclosed are methods and systems for solving Lagrange duals of binary polynomial constrained problems (BPCPPP). The method comprises the steps of obtaining BPCPPP; providing a set of Lagrange multipliers iteratively until convergence is detected, and an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of BPCPPP in these Lagrange multipliers ( Provide UBQPP, unconstrained binary quadratic programming problem), provide UBQPP to the binary optimizer, get at least one corresponding solution from the binary optimizer, and set a new Lagrange multiplier using at least one corresponding solution And after convergence, providing all corresponding known best principal duals and known best feasible solutions. [Selected figure] Figure 1

Description

本発明は概してコンピューティングに関する。より正確には、本発明は2値多項的に制約された多項計画問題に対応するラグランジュ双対問題を2値オプティマイザ(binary optimizer)を用いて解くための方法及びシステムに関する。   The present invention relates generally to computing. More precisely, the invention relates to a method and system for solving a Lagrange dual problem corresponding to a binary polynomially constrained polynomial programming problem using a binary optimizer.

関連出願の相互参照
本願は、2016年2月23日に出願されたカナダ国特許出願第2,921,711号及び2016年2月23日に出願された米国特許出願第15/051,271号の優先権を主張する。
This application is based on Canadian Patent Application No. 2,921,711 filed Feb. 23, 2016 and US Patent Application No. 15 / 051,271 filed Feb. 23, 2016 Claim the priority of

本願は、カナダ国特許第2,881,033号に関連する。   This application is related to Canadian Patent No. 2,881,033.

2次2値計画問題(quadratic binary programming problem)のラグランジュ双対(Lagrangian dual)及び双対性(duality)についての背景情報は、特許文献1に見出され得る。   Background information on Lagrangian duals and duality of the quadratic binary programming problem can be found in US Pat.

双対性理論においては、双対化及び双対問題について幾つかの異なるタイプが提案されている。双対問題の1つのタイプとしてはラグランジュ双対問題が挙げられる。ラグランジュ双対性理論についての詳細な説明は非特許文献1において開示されている。離散的最適化においてのラグランジュ手法の応用については、非特許文献2及び非特許文献3を参照されたい。   In duality theory, several different types of dualization and duality problems have been proposed. One type of duality problem is the Lagrange duality problem. A detailed description of Lagrange duality theory is disclosed in [1]. For the application of the Lagrange approach in discrete optimization, see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3.

ラグランジュ双対問題を解くための方法としては幾つかの方法が提唱されており、例えば非特許文献1の第3章に開示されているように、劣勾配法、外側ラグランジュ線形化法、及びバンドル法等が挙げられる。これらのアルゴリズムにおいて効率的な実装を得るに際しての困難は、これらの方法の様々な段階において困難な非線形整数計画問題を解くための効率的な方法を見つけたいという願望に関連して生ずる。例えば、単一制約2次0−1ナップサック問題は、非特許文献1の§11.5にて説明されているように、ラグランジュ双対性に基づいた効率的な分枝限定法を用いて解くことができる。しかし、提案された方法は多次元ナップサック問題へと一般化することはできない。   Several methods have been proposed as methods for solving the Lagrange dual problem, for example, as described in Chapter 3 of Non-Patent Document 1, the undergradient method, the outer Lagrange linearization method, and the bundle method. Etc. The difficulties in obtaining efficient implementations in these algorithms arise in connection with the desire to find an efficient method for solving difficult non-linear integer programming problems at various stages of these methods. For example, solving the single-constraint second-order 0-1 knapsack problem using an efficient branch-and-bound method based on Lagrange duality, as described in 111.5 of Non-Patent Document 1 Can. However, the proposed method can not be generalized to multidimensional knapsack problems.

特許文献1は、制約された2次計画問題のラグランジュ双対を量子アニーラを用いて解くための方法を開示する。開示されている方法は、外側ラグランジュ線形化方法に基づいている。残念ながら、量子アニーラと共に用いた際の当該方法の限界としては、処理中に変異性の制約無し2次最適化問題(error-prone unconstrained quadratic optimization problem)が顕在化し得ることが挙げられる。   Patent Document 1 discloses a method for solving Lagrange duals of a constrained quadratic programming problem using a quantum anila. The disclosed method is based on the outer Lagrange linearization method. Unfortunately, the limitations of the method when used with a quantum anila include the fact that error-prone unconstrained quadratic optimization problems can be manifested during processing.

上記特定された欠点の少なくとも1つを克服するような、ラグランジュ双対最適化問題(Lagrangian dual optimization problem)を解くための方法及びシステムが必要とされる。   What is needed is a method and system for solving the Lagrangian dual optimization problem that overcomes at least one of the above identified shortcomings.

本願明細書の開示事項、図面及び後述の本発明についての説明を参照することによって本発明の特徴が明らかとなる。   The features of the present invention will become apparent by reference to the disclosure of the present specification, the drawings and the following description of the present invention.

カナダ国特許第2,881,033号Canadian Patent No. 2,881,033 米国特許出願第2006/0225165号US Patent Application No. 2006/0225165 米国特許出願第2008/0218519号U.S. Patent Application No. 2008/0218519 米国特許第8,655,828号U.S. Patent No. 8,655,828

“Nonlinear integer programming”、Duan Li and Xiaoling Sun“Nonlinear integer programming”, Duan Li and Xiaoling Sun “A survey of Lagrangean techniques for discrete optimization”、Jeremy F. Shapiro、Operations Research Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts“A survey of Lagrangean techniques for discrete optimization”, Jeremy F. Shapiro, Operations Research Center, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts “Lagrangean relaxation for integer programming”、A.M. Geoffrion、Mathematics Programming Study 2 (1974) 82 114、North-Holland Publishing Company“Lagrangean relaxation for integer programming”, A. M. Geoffrion, Mathematical Programming Study 2 (1974) 82 114, North-Holland Publishing Company Farhi, E. et al.、“Quantum Adiabatic Evolution Algorithms versus Simulated Annealing”、arXiv.org:quant ph/0201031 (2002)Farhi, E. et al., “Quantum Adiabatic Evolution Algorithms versus Simulated Annealing”, arXiv.org: quant ph / 0201031 (2002) McGeoch, Catherine C. and Cong Wang, (2013)、“Experimental Evaluation of an Adiabiatic Quantum System for Combinatorial Optimization” Computing Frontiers”、2013年5月14, 16日、(http://www.cs.amherst.edu/ccm/cf14-mcgeoch.pdf)McGeoch, Catherine C. and Cong Wang, (2013), “Experimental Evaluation of an Adiabatic Quantum System for Combinatorial Optimization” Computing Frontiers, May 14, 16th, 2013 (http://www.cs.amherst.edu /ccm/cf14-mcgeoch.pdf) “A practical heuristic for finding graph minors”、Jun Cai, William G. Macready, Aidan Roy“A practical heuristic for finding graph minors”, Jun Cai, William G. Macready, Aidan Roy

広範な態様によれば、次の方法が開示されている:即ち、2値多項的に制約された多項計画問題(BPCPPP、binary polynomially constrained polynomial programming problem)のラグランジュ双対を解くための方法であって、該方法は、処理装置を用いて:2値多項的に制約された多項計画問題 を取得するステップと;収束が検出されるまでは反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、提供されたラグランジュ乗数のセットにおける 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、制約無しの2値2次計画問題(UBQPP、unconstrained binary quadratic programming problem)を2値オプティマイザに提供し、2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;収束後に、対応する 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップとを行わせることを含む、方法。   According to a broad aspect, the following method is disclosed: a method for solving Lagrange duals of binary polynomial constrained problems (BPCPPP) The method provides a set of Lagrange multipliers, iteratively until convergence is detected, with the step of obtaining a binary polynomially constrained polynomial programming problem using a processing unit An unconstrained binary quadratic programming problem (UBQPP, unconstrained binary quadratic programming) that provides an unconstrained binary quadratic programming problem representing Lagrange relaxation of a binary multinomial constrained multinomial programming problem in a set of Lagrange multipliers problem) to the binary optimizer, obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer, and at least one corresponding Generating a new set of Lagrange multipliers using; and, after convergence, the known best principal dual and binary polynomial constraints of the Lagrange dual of the corresponding binary polynomially constrained polynomial programming problem Providing all of the known best feasible solutions of the multinomial planning problem.

広範な態様によれば、次の方法が開示されている:即ち、2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対を解くための方法であって、2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップと、収束が検出されるまでは反復的に:ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数における 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、制約無しの2次計画問題 を2値オプティマイザへと提供し、2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと、収束が検出された後に、対応する 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップとを含む、方法。   According to a broad aspect, the following method is disclosed: a method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, wherein the binary polynomial constrained polynomials Step of obtaining the planning problem and iteratively until convergence is detected: provide a set of Lagrange multipliers and represent the Lagrange relaxation of a binary multinomial constrained multinomial programming problem in these Lagrange multipliers. Provide a binary quadratic programming problem of, provide an unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer, obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer, and use at least one corresponding solution Generating a new set of Lagrange multipliers and knowing Lagrange duals of the corresponding binary polynomially constrained multinomial programming problem after convergence is detected Providing all of the known best feasible solutions of the best primal dual and binary multinomial constrained multinomial programming problems being done.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題の取得は、多項式たる目的関数を表すデータを取得することと、多項等式制約を表すデータを取得することと、多項不等式制約を表すデータを取得することとを含む。   According to an embodiment, the acquisition of a binary polynomially constrained multinomial programming problem involves acquiring data representing an objective function that is a polynomial, acquiring data representing a polynomial equality constraint, and a polynomial inequality constraint. Obtaining data representing H.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題は、ユーザ、コンピュータ、ソフトウェアパッケージ及びインテリジェントエージェントの少なくとも1つから取得される。   According to an embodiment, the binary multinomial constrained multinomial planning problem is obtained from at least one of a user, a computer, a software package and an intelligent agent.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップは、ソフトウェアパラメータを初期化すること及びステップサイズサブルーチンを取得することをさらに含む。   According to an embodiment, acquiring the binary polynomially constrained polynomial programming problem further comprises initializing software parameters and acquiring a step size subroutine.

実施形態によれば、ソフトウェアパラメータを初期化することは、2値多項的に制約された多項計画問題の一般的ラグランジュ緩和の一般的次数低減形式(GDRF、generic degree reduced form)を、元の変数及び補助変数を用いてラグランジュ乗数でパラメータ化した2値2次関数についてのパラメータ化ファミリとして提供することを含む。   According to an embodiment, initializing the software parameters may be a general degree reduced form (GDRF, generic degree reduced form) of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem, the original variables. And providing as a parameterized family of binary quadratic functions parameterized with Lagrange multipliers using auxiliary variables.

実施形態によれば、ソフトウェアパラメータを初期化することは、2値多項的に制約された多項計画問題の一般的ラグランジュ緩和の一般的次数低減形式についての一般的埋め込みを提供することと、解についてのリストを提供するための埋め込みソルバ関数を提供することと、ラグランジュ乗数について初期値及びデフォルト値の内の1つを提供することと、収束条件に関して誤差許容値を提供することと、総反復回数についての制限値及び非改善反復回数についての制限値を表す整数を提供することとを含む。   According to an embodiment, initializing the software parameters provides a general embedding for the general order reduction form of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem, and the solution Providing an embedded solver function to provide a list of 、, providing one of an initial value and a default value for the Lagrange multiplier, providing an error tolerance for the convergence condition, the total number of iterations Providing an integer representing the limit value for and the limit value for non-improved iterations.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題の初期ラグランジュ緩和は、初期ラグランジュ乗数を用いて生成される。   According to an embodiment, an initial Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem is generated using an initial Lagrange multiplier.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ緩和の初期次数低減形式は量子アニーラを用いて解かれるのであり、少なくとも1つの対応する解が取得される。   According to an embodiment, the initial degree reduction form of Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem is solved using a quantum aniler, and at least one corresponding solution is obtained.

実施形態によれば、少なくとも1つの対応する解を用いて2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対の劣勾配を生成する。   According to an embodiment, at least one corresponding solution is used to generate a subgradient of Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem.

実施形態によれば、少なくとも1つの対応する解を用いて、2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対についての線形再定式化のための少なくとも1つの外側近似切断を生成する。   According to an embodiment, at least one corresponding solution is used to generate at least one outer approximation cut for linear reformulation on Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem.

実施形態によれば、2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対への対応する解の提供は、対応する解をファイルに格納することを含む。   According to an embodiment, providing corresponding solutions to Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem involves storing the corresponding solutions in a file.

広範な態様によれば、次のデジタルコンピュータが開示されている:即ち、デジタルコンピュータであって:中央処理装置と;表示装置と;デジタルコンピュータを2値オプティマイザに動作可能に接続するための通信ポートと;2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くためのアプリケーションを含むメモリ部であって、該アプリケーションは:2値多項的に制約された多項計画問題を取得するための命令と;反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数における 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、通信ポートを用いて 制約無しの2次計画問題 を2値オプティマイザへと提供し;通信ポートを介して2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて収束が検出されるまで新たなラグランジュ乗数のセットを生成するための命令と、収束が検出された後に、対応する 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するための命令とを含む、メモリ部と;中央処理装置と表示装置と通信ポートとメモリ部とを相互接続するためのデータバスとを含む、デジタルコンピュータ。   According to a broad aspect, the following digital computer is disclosed: a digital computer: a central processing unit; a display unit; a communication port for operatively connecting the digital computer to the binary optimizer And a memory unit comprising an application for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, the application comprising: instructions for obtaining a binary polynomially constrained polynomial programming problem And iteratively provide a set of Lagrange multipliers and represent the Lagrange relaxation of a binary polynomially constrained multi-term programming problem in these Lagrange multipliers, and provide an unconstrained binary quadratic programming problem, and a communication port Provide an unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer; using the communication port to An instruction for obtaining at least one corresponding solution from the miser and generating a new set of Lagrange multipliers until convergence is detected using the at least one corresponding solution, and corresponding after convergence is detected Provides all of the known best primal duals of Lagrange duals of binary polynomially constrained polynomial programming problems and all known best feasible solutions of binary polynomial constrained polynomial programming problems A digital computer, comprising: a memory unit including instructions for: a data bus for interconnecting the central processing unit, the display unit, the communication port, and the memory unit.

広範な態様によれば、次の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体が開示されている:即ち、コンピュータ実行可能命令を格納するための不揮発性コンピュータ可読記憶媒体であって、該命令を実行すると、2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法をデジタルコンピュータに行わせるのであり、該方法は:2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップと、収束が検出されるまでは反復的に:ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数における 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、制約無しの2次計画問題 を2値オプティマイザへと提供し、2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと、収束が検出された後に、対応する 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップとを含む、媒体。   According to a broad aspect, the following non-volatile computer readable storage medium is disclosed: non-volatile computer readable storage medium for storing computer executable instructions, said instruction executing a binary Allowing a digital computer to perform a method for solving Lagrange duals of a multinomial constrained multinomial programming problem, which comprises: obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem, convergence is detected Until it is done iteratively: provide a set of Lagrange multipliers, and provide an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in these Lagrange multipliers, Provide an unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer and obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer, The step of generating a new set of Lagrange multipliers using at least one corresponding solution, and after convergence is detected, the Lagrange duals of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem are known Providing all of the known best feasible solutions of the best principal dual and binary polynomially constrained polynomial programming problems.

実施形態によれば、2値オプティマイザは量子アニーラを含む。   According to an embodiment, the binary optimizer comprises a quantum aniler.

BPCPPPのラグランジュ双対を解くための本願開示の方法の利点としては、量子システムのエラーに対してより感度が減じられているということが挙げられる。これらのエラーは、量子アニーラ(例えば、D-Wave Systems)の一部の実装例で用いられるノイジーな量子ビットによって惹起され得る。したがって、本願開示の方法は、量子アニーラを含むシステムの処理内容を大幅に改善するのであり、また、量子アニーラの一部の実装例で用いられるノイジーな量子ビットによって惹起される技術的問題を解決することになる。   An advantage of the disclosed method for solving Lagrange duals in BPCPPP is that it is less sensitive to errors in the quantum system. These errors can be caused by noisy qubits used in some implementations of quantum anilers (eg, D-Wave Systems). Thus, the disclosed method significantly improves the processing content of systems including quantum anilers and solves the technical problems caused by noisy qubits used in some implementations of quantum anilers. It will be done.

本願開示の方法の別の利点としては、ラグランジュ双対性を様々な用途に用いる方法を提供することが挙げられ、例えば、整数計画問題や混合整数計画問題に関して量子アニーラを用いてラグランジュ系の限界を探索することが挙げられる。   Another advantage of the disclosed method is to provide a method of using Lagrange duality in various applications, for example, using quantum anila for integer programming problems and mixed integer programming problems, the limitations of Lagrange systems It is mentioned to search.

本願開示の方法の別の利点としては、BPCPPPのラグランジュ双対を解くためのシステムの処理内容が改善されることが挙げられる。   Another advantage of the disclosed method is that it improves the process content of the system for solving BPCPPP Lagrange duals.

発明の理解が容易となるようにするために、添付の図面を伴って本発明の実施形態について例示的に示す。   BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments of the present invention are illustratively shown in conjunction with the accompanying drawings in order to facilitate the understanding of the invention.

本発明のさらなる詳細及びそれらの利点は、後述の詳細な説明から明らかとなる。   Further details of the invention and their advantages will become apparent from the detailed description that follows.

2値多項的に制約された多項計画問題(BPCPPP、binary polynomially constrained polynomial programming problem)のラグランジュ双対を量子アニーラを用いて解くための方法についての実施形態を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flow chart illustrating an embodiment of a method for solving Lagrange duals of binary polynomial constrained programming problem (BPCPPP) using a quantum anila. BPCPPPのラグランジュ双対を量子アニーラを用いて解くための方法を実施できるシステムについての概略図であって、該実施形態においてシステムはデジタルコンピュータと量子アニーラとを備える、概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of a system that can implement a method for solving Lagrange duals of BPCPPP using a quantum anila, wherein the system comprises a digital computer and a quantum anila. BPCPPPのラグランジュ双対を量子アニーラを用いて解くためのシステムにおいて用いられるデジタルコンピュータについての実施形態に関しての概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram for an embodiment of a digital computer used in a system for solving Lagrange duals of BPCPPP using a quantum anila. BPCPPPを提供するための実施形態を示すフローチャートである。Figure 2 is a flow chart illustrating an embodiment for providing a BPCPPP. BPCPPPのラグランジュ双対を解くための方法の実施形態で用いられるソフトウェアパラメータを初期化する実施形態を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flow chart illustrating an embodiment of initializing software parameters used in an embodiment of a method for solving Lagrange duals of BPCPPP. ラグランジュ乗数を更新するための方法として提唱される方法についての実施形態を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flow chart illustrating an embodiment of a proposed method as a method for updating a Lagrange multiplier.

実施形態についての以下の説明においては、添付の図面への言及は事例に関しての例示としてされているのであり、これらは本発明を実施し得る態様を示している。   In the following description of the embodiments, reference to the accompanying drawings is made by way of example with reference to the examples, which illustrate the manner in which the present invention may be practiced.

用語
「発明」等の語は、「本願にて開示される1つ以上の発明」を意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。
Terms The terms "invention" and the like mean "one or more inventions disclosed in the present application", but this is not the case unless expressly specified otherwise.

「態様」、不定冠詞を伴う「実施形態」、無冠詞の「実施形態」、無冠詞複数形の「実施形態」、定冠詞を伴う「実施形態」、定冠詞を伴う複数形の「実施形態」、「1つ以上の実施形態」、「幾つかの実施形態」、「特定の実施形態」、「或る実施形態」、「別の実施形態」等の語は、「本願開示の発明の1つ以上(但し、全部ではない)」を意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   "Aspect", "embodiment" with indefinite article, "embodiment" without article, "embodiment" with plural article, "embodiment" with definite article, "embodiment" with plural. The terms "one or more embodiments", "some embodiments", "specific embodiments", "an embodiment", "another embodiment", etc. The above means (but not all), but this is not the case when it is explicitly specified otherwise.

実施形態について説明するに際して「別の実施形態」や「別の態様」に言及しても、被言及側の実施形態が別の実施形態(例えば、被参照側実施形態の前に説明された実施形態)と相互排反的であることを暗示するわけではないが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   When reference is made to "another embodiment" or "another aspect" when describing an embodiment, the referred embodiment may be another embodiment (e.g. the implementation described before the reference embodiment). It does not imply that it is mutually exclusive with form), but it is not this limitation when it is specified otherwise explicitly.

「含む」、「備える」、及びこれらのバリエーションは「含むがこれらには限られない」とのことを意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   “Includes”, “includes”, and these variations mean “includes, but is not limited to”, unless otherwise explicitly stated.

「不定冠詞たるa」、「不定冠詞たるan」、「定冠詞たるthe」及び「少なくとも1つ」との語は、「1つ以上」を意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   The words "indefinite article a", "indefinite article an", "definite article the" and "at least one" mean "one or more", but have been explicitly stated otherwise If this is not the case.

「複数」との語は「2つ以上」を意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   The word "plural" means "more than one", but this is not the case unless otherwise specified.

「ここで」との語は「本願において、そして参照によって取り込まれる任意のものを含む」とのことを意味するが、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   The term "herein" means "in the present application and including any which is incorporated by reference", but this is not the case unless expressly specified otherwise.

「exempli gratis」等の語は「例えば」を意味するのであり、説明される語又はフレーズを限定はしない。例えば、「コンピュータはインターネット上にデータ(e.g.,命令やデータ構造)を送る」とのセンテンスにおいては、「e.g.」との語は「命令」というものがコンピュータによってインターネット上に送られ得る「データ」の例であることを説明し、また、「データ構造」というものがコンピュータによってインターネット上に送られ得る「データ」の例であることをも説明する。もっとも、「命令」も「データ構造」も「データ」の例に過ぎず、「データ構造」や「データ」以外のものも「データ」たり得る。   Words such as "exempli gratis" mean "for example" and do not limit the words or phrases described. For example, in the sentence "a computer sends data (eg, an instruction or data structure) on the Internet", the word "eg" may be "data" for which an "instruction" may be sent on the Internet by a computer. It is also described that the "data structure" is an example of "data" that can be sent over the Internet by a computer. However, "instruction" and "data structure" are only examples of "data", and things other than "data structure" and "data" may be "data".

「id est」等の語は「即ち」を意味するのであり、説明される語又はフレーズを限定する。例えば、「コンピュータはインターネット上にデータ(i.e.,命令)を送る」とのセンテンスにおいては、「i.e.」との語は「命令」がというものがコンピュータによってインターネット上に送られる「データ」であることを説明する。   Words such as "id est" mean "i.e." and limit the words or phrases described. For example, in the sentence "a computer sends data (ie, an instruction) on the Internet", the word "ie" is "data" such that "instructions" are sent on the Internet by a computer. Explain.

「2値多項的に制約された多項計画問題」(BPCPPP、binary polynomially constrained polynomial programming problem)等の語は、複数の2値変数x=(x,...,x)における実多項式y=f(x)の最小値を見つけることを意味し、ここで次の制約を課されるものとする(以下、「subject to」とも表現する):(空集合かもしれない)m個の等式g(x)=0のファミリ(ここで、j=1,...,m)によって決定される(空集合かもしれない)等式制約のファミリ、並びに、(空集合かもしれない)l個の不等式h(x)≦0のファミリ(ここで、j=1,...,l)によって決定される(空集合かもしれない)不等式制約のファミリ。ここで、全ての関数g及びhは多項式である。
Words such as “binary polynomial constrained problems (BPCPPP)” are real polynomials y in a plurality of binary variables x = (x 1 ,..., X n ). It means finding the minimum value of = f (x), where the following constraints are imposed (hereinafter also expressed as "subject to"): (m may be empty set) A family of equality constraints (which may be an empty set) determined by a family of expressions g j (x) = 0 (where j = 1, ..., m), as well as (which may be an empty set) A family of inequality constraints (which may be an empty set) determined by a family of l inequalities h j (x) ≦ 0 (where j = 1,..., l). Here, all the functions g i and h j are polynomials.

BPCPPPの「定義域」とは、2値エントリを伴うサイズがnであるベクトルについての集合{0,1}を意味する。BPCPPPの「実行可能領域」とは定義域の部分集合たるF⊆{0,1}を意味し、これは上述のm個の等式制約及びl個の不等式制約の全てを充足する全ての2値ベクトルv∈{0,1}で構成されている。 The "domain" of BPCPPP means the set {0, 1} n for vectors of size n with binary entries. The "executable domain" of BPCPPP means a subset of the domain F ⊆ {0, 1} n, which means that all of the above m equality constraints and l inequality constraints are satisfied. The binary vector v∈ {0, 1} n is constructed.

上述のBPCPPPは(P)と表され、その最適値はv(P)と表される。最適解x(即ち目的関数が値v(P)を達成するベクトル)は、xとして表される。 The aforementioned BPCPPP is represented as (P), and its optimum value is represented as v (P). The optimal solution x (i.e. the vector whose objective function achieves the value v (P)) is denoted as x * .

BPCPPPたる(P)の「ラグランジュ関数」とは次の関数を意味する:
BPPPPP's (P) "Lagrange function" means the following function:

δ(λ,μ)として表記される上述の最適化の値は、元のBPCPPPについての最適値の下限として知られており、即ち、δ(λ,μ)≦v(P)である。 The above optimization value expressed as δ p (λ, μ) is known as the lower limit of the optimum for the original BPCPPP, ie δ p (λ, μ) ≦ v (P) .

BPCPPPの「ラグランジュ双対」との語は、次の最適化問題との関連で用いられる:
The term "Lagrange dual" in BPCPPP is used in the context of the following optimization problem:

上述の最適化はδ(P)として表され、元のBPCPPPについての最適値の下限として知られており、即ち、δ(P)≦v(P)である。この値は一意的であり、元のBPCPPPについての「ラグランジュ双対限界」とも称される。   The above optimization is denoted as δ (P) and is known as the lower limit of the optimal value for the original BPCPPP, ie δ (P) ≦ v (P). This value is unique and is also referred to as the "Lagrange dual limit" for the original BPCPPP.

「最適ラグランジュ乗数」等の用語は、必ずしも一意的ではないポイントの集合λ及びμを指し示し、そこにおいてはδ(P)の値が上述の最適化問題との関係で達成される。 Terms such as "optimal Lagrangian multiplier" refer to sets of points λ * and μ * that are not necessarily unique, where the value of δ (P) is achieved in relation to the optimization problem described above.

元のBPCPPPについての「ラグランジュ双対問題について解」とは、ラグランジュ双対問題を解いた後に受信される次の情報の寄せ集めを指し示す:(1)ラグランジュ双対限界;(2)上述のような最適ラグランジュ乗数についての(必ずしも一意的ではない)集合;(3)所与の最適ラグランジュ乗数においてラグランジュ双対問題の最適値が得られる2値ベクトルについての(必ずしも一意的ではない)集合   "Solution for the Lagrange dual problem" for the original BPCPPP points to a collection of the following information received after solving the Lagrange dual problem: (1) Lagrange duality limit; (2) Optimal Lagrange as described above A (not necessarily unique) set of multipliers; (3) a (not necessarily unique) set of binary vectors for which the optimal value of the Lagrange dual problem is obtained at a given optimal Lagrange multiplier

「知られている最良の主双対」(best-known primal-dual pair)とは、実行中の処理についてδ(λ,μ)が関数たるδについての最大観測値となるような主双対たる(x,λ,μ)を指し示す。 "Known best main dual are" (best-known primal-dual pair ) and the processing being executed δ p (λ, μ) is the maximum observed value of the functions serving [delta] p such Primal-Dual Point to the bar (x, λ, μ).

「量子アニーラ」等の語は、制約無しの2値多項式計画問題(unconstrained binary polynomial programming problem)についての最適又は準最適な解を見つけることができる1つ又は多数のタイプのハードウェアを含むシステムを意味する。この例としては、2値多項的に制約された多項計画(binary polynomially constrained polynomial programming)をイジングスピンモデル(Ising spin model)として埋め込むデジタルコンピュータであって、アナログコンピュータに接続されたものを挙げることができ、該アナログコンピュータは例えば次の文献に開示されているような量子アニーリングを用いてイジングスピンモデル内のスピン構成について最適化を行う:非特許文献4、pp.1-16。このようなアナログコンピュータの実施形態は被特許文献5及び特許文献2において開示されている。なお、「量子アニーラ」は古典的なコンピュータ等の「古典的なコンポーネント」を備えていることもできることに留意されたい。したがって、「量子アニーラ」は完全にアナログ型であるか或いはアナログ−典型のハイブリッド型であることができる。また、「量子アニーラ」は2値オプティマイザの実施形態であることにも留意されたい。   Words such as "quantum anila" refer to systems that include one or more types of hardware that can find optimal or suboptimal solutions for unconstrained binary polynomial programming problems. means. As an example, mention may be made of a digital computer in which binary polynomial constrained numerical polynomial programming is embedded as an Ising spin model and is connected to an analog computer. The analog computer can optimize the spin configuration in the Ising spin model using quantum annealing, for example, as disclosed in the following document: Non-Patent Document 4, pp. 1-16. Examples of such analog computers are disclosed in US Pat. It should be noted that the "quantum anila" may also comprise "classical components" such as classical computers. Thus, the "quantum anila" can be either fully analog or analog-typical hybrid. It should also be noted that "quantum anila" is an embodiment of a binary optimizer.

2値最適化問題についての「埋め込み」等の語は、割当たるemb:{x1,・・・,
n,y1,・・・,yt}→2{q1,・・,qn}を指し示し、該割当は量子アニーラの全量子ビットの部分集合を2値変数xの各々及び補助変数yの各々へと渡すのであり、変数間の接続性は、それらのemb下での像の接続性によって遵守されるようになっている。例えば、項たるxがBPCPPPの一般的ラグランジュ緩和のGDRF内に現れる場合、2つの変数x及びxに対応する量子ビットの部分集合は、量子アニーラ内においてはそれらの間での結合を有しているはずである。制約無しの2値多項式計画問題を解く場合及びそれについての効率的なアルゴリズムを提唱する場合に関しての上述のような埋め込みの役割の詳細については、次の文献を参照されたい:非特許文献6、特許文献3、及び特許文献4。
Words such as "embed" about the binary optimization problem are assigned emb: {x 1 , ...,
x n, y 1, ···, y t} → 2 {q1, ··, points to qn},該割those each and auxiliary variables y of binary variables x i a subset of the total qubit quantum annealer Passing to each of j , connectivity between variables is to be adhered to by the connectivity of the images under their emb. For example, if the term x r x s appears in the GPRF of the general Lagrange relaxation of BPCPPP, then the subset of qubits corresponding to the two variables x r and x s is between them in the quantum aniler It should have a bond. For details of the role of embedding as described above in solving the unconstrained binary polynomial programming problem and in proposing an efficient algorithm for it, see the following document: Patent document 3 and patent document 4.

「埋め込みソルバ」等の語は、次のような命令を含む関数、手続及びアルゴリズムを指し示す:制約無しの2値2次計画問題(UBQPP、unconstrained binary quadratic programming problem)を受信するステップと、提供された埋め込みを用いて量子アニーラに対してクエリの遂行を行うステップと、少なくとも1つの結果を返すステップであって各結果は次の事項を表す2値エントリのベクトルを含むステップ:即ち提供された制約無しの2値2次計画(UBQP、unconstrained binary quadratic programming)の定義域における2値ポイントに関する事項と、そのポイントにおけるUBQPの目的関数の値に関する事項と、読み出し回数全体における結果の発生回数に関する事項。   The terms "embedded solver" etc. refer to functions, procedures and algorithms that include instructions such as: receiving unconstrained binary quadratic programming problems (UBQPP), and Performing a query on the quantum aniler using embedded embedding and returning at least one result, each result including a vector of binary entries representing the following: the provided constraint Items related to binary points in the domain of unconstrained binary quadratic programming (UBQP), items related to the value of the objective function of UBQP at that point, and items related to the number of occurrences of results in the entire number of reads

「サブルーチン」等の語は、実行時において随時ソフトウェアによって反復的に呼び出されるユーザ定義型の関数、手順又はアルゴリズムを指し示す。本願開示のシステムにおいては、ステップサイズサブルーチンは、図1に示した反復回における次回ステップサイズを決定する。本願開示のシステムでは、埋め込みソルバサブルーチンは量子アニーラへのクエリを捌くのであり、埋め込みが提供した観点もある。   The term "subroutine" or the like refers to a user-defined type of function, procedure or algorithm that is called iteratively by the software at any time during execution. In the presently disclosed system, the step size subroutine determines the next step size in the iterations shown in FIG. In the presently disclosed system, the embedded solver subroutine queries queries to the quantum aniler, and there are also aspects that embedding has provided.

「制約無しの2値2次計画問題」(UBQPP、unconstrained binary quadratic programming problem)等の語は、目的関数たるy=xQx+bの最小値を探索することを意味し、ここでQはサイズがnの対称型かつ正方型の実行列であり、bは実数であり目的関数のバイアスとも呼ばれる。関数の定義域は、2値エントリを有する次の条件を満たすベクトル全てにわたる:x∈B={0,1}Words such as "unconstrained binary quadratic programming problem" (UBQPP) mean searching for the minimum value of the objective function y = x t Qx + b, where Q is It is a symmetric and square execution sequence of size n, b is real and is also called objective function bias. The domain of the function spans all the vectors satisfying the following condition with binary entries: xεB n = {0,1} n .

発明の名称及び要約のいずれも、何らの観点からも、開示された発明の範囲を限定するために用いられてはならない。本願の発明の名称及び明細書中の項目名は利便性のためだけに付されているのであり、何らの観点からも開示内容を限定するものとして用いられてはならない。   Neither the title nor the abstract of the invention should be used to limit the scope of the disclosed invention in any respect. The title of the invention of the present application and the item names in the specification are for convenience only, and should not be used to limit the disclosure content from any viewpoint.

本願においては様々な実施形態が説明されており、例示的目的のみのために提示されている。説明された実施形態は何らの意味合いにおいても限定的なものではなく、またそのような意図すらないことに留意されたい。開示内容から明らかなように、開示されている発明は様々な実施形態に適用可能である。当業者であれば、開示されている発明には構造的な変更や論理的な変更等の様々な変更や改変を加えた上で実施することができることに気付くであろう。開示されている発明の特定の特徴は1つ以上の特定の実施形態及び/又は図面との関係で説明されている場合があり得るが、そのような特徴はそれらの説明に際して参照される特定の実施形態や図面における用例に限定されないことに留意されたい。もっとも、明示的に別段の定めがされている場合はこの限りでない。   Various embodiments are described herein and are presented for illustrative purposes only. It is to be noted that the described embodiments are in no way limiting and are not intended as such. As is apparent from the disclosure, the disclosed invention is applicable to various embodiments. Those skilled in the art will realize that the disclosed invention can be implemented with various changes and modifications such as structural changes and logical changes. Although specific features of the disclosed invention may be described in relation to one or more specific embodiments and / or drawings, such features may be referred to in the description thereof. It should be noted that the invention is not limited to the examples in the embodiments and the drawings. However, this is not the case when it is explicitly stated otherwise.

本発明は様々な態様で実施されることができ、これらには方法やシステムやコンピュータ可読媒体(例えば、コンピュータ可読記憶媒体)が含まれる。本明細書においては、これらの実施態様及び本発明が取り得る他の任意の形式を、システムや手法と称することができることに留意されたい。あるタスクを行うように構成されているものとして説明されているプロセッサやメモリ等のコンポーネントには、次の両者が含まれ得る:所定の時期においてタスクを行うように一次的に構成されている汎用コンポーネント、及び、タスクを行うように製造された具体的コンポーネント。   The invention can be implemented in various ways, including methods, systems and computer readable media (e.g. computer readable storage media). It should be noted that in this specification, these embodiments and any other form that the present invention can take may be referred to as a system or method. Components such as processors and memories that are described as being configured to perform a task may include both: a general purpose primarily configured to perform a task at a given time Components, and specific components manufactured to perform a task.

上記全てを考慮に入れた上で、以下においてはBPCPPPのラグランジュ双対を解くための方法及びシステムに関する発明について説明する。   Taking all the above into consideration, the invention will be described in the following regarding a method and system for solving Lagrange duals of BPCPPP.

後述の実施形態では量子アニーラが用いられるも、当業者であれば量子アニーラは2値オプティマイザの1つの実装例であることに気付くであろう。   Although a quantum aniler is used in the embodiments described below, those skilled in the art will be aware that a quantum anila is one implementation of a binary optimizer.

図2を参照するに、システム200についての実施形態が示されており、該システムにおいてBPCPPPのラグランジュ双対を解くための方法についての実施形態を実装することができる。   Referring to FIG. 2, an embodiment for a system 200 is shown, in which an embodiment for a method for solving a Lagrange dual of BPCPPP can be implemented.

システム200は、デジタルコンピュータ202と量子アニーラ204とを備える。   System 200 comprises a digital computer 202 and a quantum aniler 204.

デジタルコンピュータ202はBPCPPPを受信し、BPCPPPのラグランジュ双対についての少なくとも1つの解を提供する。   Digital computer 202 receives the BPCPPP and provides at least one solution for the Lagrange dual of BPCPPP.

様々な実施形態に従ってBPCPPPを提供することができることに留意されたい。   It should be noted that BPCPPP can be provided according to various embodiments.

1つの実施形態では、BPCPPPは、デジタルコンピュータ202と対話するユーザによって提供される。   In one embodiment, BPCPPP is provided by a user interacting with digital computer 202.

代替的には、BPCPPPは、図示されていない別のコンピュータによって提供されるのであり、該別のコンピュータはデジタルコンピュータ202と動作可能に接続されている。   Alternatively, the BPCPPP is provided by another computer, not shown, which is operatively connected to the digital computer 202.

代替的には、BPCPPPは、独立のソフトウェアパッケージによって提供される。   Alternatively, BPCPPP is provided by an independent software package.

代替的には、BPCPPPは、インテリジェントエージェントによって提供される。   Alternatively, BPCPPP is provided by an intelligent agent.

同様に、様々な実施形態に従ってBPCPPPのラグランジュ双対についての少なくとも1つの解を提供することができることに留意されたい。   Similarly, it should be noted that at least one solution for Lagrange duals of BPCPPP can be provided in accordance with various embodiments.

ある実施形態によれば、BPCPPPのラグランジュ双対についての少なくとも1つの解は、デジタルコンピュータ202と対話しているユーザに対して提供される。   According to one embodiment, at least one solution for Lagrange duals of BPCPPP is provided to a user interacting with digital computer 202.

代替的には、BPCPPPのラグランジュ双対についての少なくとも1つの解は、デジタルコンピュータ202と動作可能に接続されている別のコンピュータに対して提供される。   Alternatively, at least one solution for the Lagrange dual of BPCPPP is provided to another computer operatively connected to digital computer 202.

実際、当業者であれば、デジタルコンピュータ202は任意のタイプのコンピュータであることができることに気付くであろう。   In fact, one skilled in the art will be aware that digital computer 202 can be any type of computer.

1つの実施形態では、デジタルコンピュータ202は次のものからなる群から選択される:デスクトップ型コンピュータ、ラップトップ型コンピュータ、タブレット型PC、サーバ、スマートフォン等。   In one embodiment, digital computer 202 is selected from the group consisting of: desktop computer, laptop computer, tablet PC, server, smartphone, etc.

図3に転じるに、デジタルコンピュータ202についての実施形態が同図に示されている。デジタルコンピュータ202は、広義な意味合いではプロセッサとも称され得る。   Turning to FIG. 3, an embodiment for digital computer 202 is shown therein. Digital computer 202 may also be referred to as a processor in a broad sense.

この実施形態では、デジタルコンピュータ202は次のものを備える:マイクロプロセッサ又は処理装置とも呼ばれる中央処理装置(CPU)302、表示装置304、入力装置306、通信ポート308、データバス310、及びメモリ部312。   In this embodiment, the digital computer 202 comprises: a central processing unit (CPU) 302, also called a microprocessor or processing unit, a display 304, an input device 306, a communication port 308, a data bus 310, and a memory unit 312. .

CPU302は、コンピュータ命令を処理するために用いる。当業者にとっては、CPU302については様々な実施形態をもたらすことができることが明らかである。   CPU 302 is used to process computer instructions. It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of CPU 302 can be provided.

1つの実施形態では、CPU302は3.6 GHzで実行されているCore i7 3820である(インテル製(登録商標))。   In one embodiment, CPU 302 is a Core i7 3820 running at 3.6 GHz (Intel (R)).

表示装置304はデータをユーザに対して表示するために用いられる。当業者にとっては、表示装置304については様々なタイプの実施形態をもたらすことができることが明らかである。   Display 304 is used to display data to the user. It will be apparent to those skilled in the art that various types of embodiments of display 304 can be provided.

1つの実施形態では、表示装置304は標準的な液晶表示装置(LCD)モニタである。   In one embodiment, display 304 is a standard liquid crystal display (LCD) monitor.

通信ポート308は、データをデジタルコンピュータ202と共有するために使用される。   Communication port 308 is used to share data with digital computer 202.

通信ポート308は、例えば、キーボード及びマウスをデジタルコンピュータ202に接続するためのユニバーサルシリアルバス(USB)ポートを含み得る。   Communication port 308 may include, for example, a Universal Serial Bus (USB) port for connecting a keyboard and mouse to digital computer 202.

通信ポート308は、データネットワークを介してデジタルコンピュータ202を別のコンピュータと接続することを可能とするようなIEEE 802.3ポート等のデータネットワーク通信ポートをさらに含み得る。   Communication port 308 may further include a data network communication port, such as an IEEE 802.3 port, to allow digital computer 202 to connect with another computer via a data network.

当業者にとっては、通信ポート308については様々な代替的実施形態をもたらすことができることが明らかである。   It will be apparent to those skilled in the art that the communication port 308 can provide various alternative embodiments.

1つの実施形態では、通信ポート308はイーサネット(登録商標)ポートとマウスポート(例えば、Logitech(登録商標)のそれ)とを含み得る。   In one embodiment, communication port 308 may include an Ethernet port and a mouse port (eg, that of Logitech).

メモリ部312はコンピュータ実行可能命令を格納するために用いられる。   Memory portion 312 is used to store computer-executable instructions.

1つの実施形態では、メモリ部312はオペレーティングシステムモジュール314を備える。   In one embodiment, memory portion 312 comprises operating system module 314.

当業者にとっては、オペレーティングシステムモジュール314に関しては様々なタイプを用いることができることが明かである。   It will be apparent to those skilled in the art that various types of operating system modules 314 can be used.

ある実施形態では、オペレーティングシステムモジュール314はMicrosoft(登録商標)製のWindows(登録商標) 8とされる。   In one embodiment, operating system module 314 is Windows® 8 manufactured by Microsoft®.

メモリ部312はBPCPPPのラグランジュ双対を解くためのアプリケーション316をさらに備える。   The memory unit 312 further comprises an application 316 for solving Lagrange duals of BPCPPP.

アプリケーション316はBPCPPPを取得するための命令を備えている。   Application 316 has instructions for obtaining BPCPPP.

アプリケーション316は次の処理を行うための命令をさらに備えている:反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数におけるBPCPPPのラグランジュ緩和を表すUBQPPを提供し、UBQPPを量子アニーラに提供し;量子アニーラから少なくとも1つの対応する解を取得し、また、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数セットを生成する処理。   The application 316 further comprises instructions for performing the following processing: iteratively providing a set of Lagrange multipliers, providing UBQPP representing the Lagrange relaxation of BPCPPP in these Lagrange multipliers, UBQPP to the quantum anila Providing; obtaining at least one corresponding solution from the quantum aniler and generating a new Lagrange multiplier set using the at least one corresponding solution.

アプリケーション316は、収束が検出されたらばBPCPPPのラグランジュ双対についての少なくとも1つの解に対応する解を提供するための命令をさらに備える。   The application 316 further comprises instructions to provide a solution corresponding to at least one solution for the Lagrange dual of BPCPPP if convergence is detected.

CPU302、表示装置304、入力装置306、通信ポート308、及びメモリ部312のそれぞれは、データバス310を介して相互接続されている。   The CPU 302, the display device 304, the input device 306, the communication port 308, and the memory unit 312 are interconnected via a data bus 310.

図2に戻るに、量子アニーラ204はデジタルコンピュータ202と動作可能に接続されていることに留意されたい。   Returning to FIG. 2, it should be noted that the quantum aniler 204 is operatively connected to the digital computer 202.

量子アニーラ204をデジタルコンピュータ202に接続するに際しては、様々な実施形態をもたらすことが可能であることに留意されたい。   It should be noted that in connecting the quantum aniler 204 to the digital computer 202, it is possible to provide various embodiments.

1つの実施形態では、データネットワークを介して量子アニーラ204とデジタルコンピュータ202とが接続される。   In one embodiment, the quantum aniler 204 and digital computer 202 are connected via a data network.

量子アニーラ204は、様々なタイプのものとすることができることに留意されたい。   It should be noted that the quantum aniler 204 can be of various types.

1つの実施形態では、量子アニーラ204はD Wave Systems Inc.製である。量子アニーラ204についてのこの実施形態に関して妥当するさらなる情報は次のサイトで入手可能である:http://www.dwavesys.com。当業者にとっては、量子アニーラ204について様々な代替的実施形態をもたらすことが可能であることが明かである。   In one embodiment, the quantum aniler 204 is from D Wave Systems Inc. Further information relevant to this embodiment for Quantum Anila 204 is available at the following site: http://www.dwavesys.com. It will be apparent to those skilled in the art that various alternative embodiments of the quantum aniler 204 can be provided.

より正確に述べれば、量子アニーラ204は、デジタルコンピュータ202からUBQPPを受信する。   More precisely, quantum aniler 204 receives the UBQPP from digital computer 202.

量子アニーラ204は、UBQPPを解くことができ、また、少なくとも1つの対応する解を提供することができる。複数の対応する解が提供される局面においては、複数の対応する解には最適解及び準最適解が含まれ得る。   The quantum aniler 204 can solve the UBQPP and can provide at least one corresponding solution. In the phase in which multiple corresponding solutions are provided, the multiple corresponding solutions may include an optimal solution and a suboptimal solution.

少なくとも1つの対応する解は、量子アニーラ204によってデジタルコンピュータ202に対して提供される。   At least one corresponding solution is provided by the quantum aniler 204 to the digital computer 202.

図1に転じる。処理ステップ102を参照するに、BPCPPPが取得される。   It turns to FIG. Referring to process step 102, BPCPPP is obtained.

次に図4に転じるに、同図においてはBPCPPPを提供するための実施形態が示されている。   Turning now to FIG. 4, an embodiment for providing a BPCPPP is shown.

上述のように、BPCPPPは次のように表すことができる:

ここで、関数f(x)、g(x)及びh(x)は複数変数に関しての実多項式である。
As mentioned above, BPCPPP can be expressed as:

Here, the functions f (x), g i (x) and h j (x) are real polynomials for multiple variables.

処理ステップ402によれば、多項式たる目的関数f(x)を表すデータが提供される。   Process step 402 provides data representing an objective function f (x) which is a polynomial.

処理ステップ404によれば、等式制約及び不等式制約g(x)及びh(x)を表すデータが提供される。 Process step 404 provides data representing equality and inequality constraints g i (x) and h j (x).

BPCPPPの取得の実行については、様々な実施形態をもたらすことが可能であることに留意されたい。   It should be noted that for the implementation of the acquisition of BPCPPP, it is possible to bring about various embodiments.

上述したように、そして1つの実施形態では、BPCPPPは、デジタルコンピュータ202と対話するユーザによって提供される。   As mentioned above, and in one embodiment, BPCPPP is provided by a user interacting with digital computer 202.

代替的には、BPCPPPは、デジタルコンピュータ202と動作可能に接続されている別のコンピュータによって提供される。   Alternatively, the BPCPPP may be provided by another computer operatively connected to the digital computer 202.

代替的には、BPCPPPは、独立のソフトウェアパッケージによって提供される。   Alternatively, BPCPPP is provided by an independent software package.

代替的には、BPCPPPは、インテリジェントエージェントによって提供される。   Alternatively, BPCPPP is provided by an intelligent agent.

図1を参照するに、そして処理ステップ104によれば、ソフトウェアのパラメータが初期化される。   Referring to FIG. 1, and in accordance with process step 104, software parameters are initialized.

1つの実施形態では、ソフトウェアのパラメータは、デジタルコンピュータ202によって初期化される。   In one embodiment, software parameters are initialized by digital computer 202.

図5に転じるに、同図にはパラメータの初期化に関する実施形態やサブルーチンやそれらのためにデフォルト値を用いる態様が示されている。   Turning to FIG. 5, there is shown an embodiment or subroutine for parameter initialization and the manner in which default values are used for them.

処理ステップ502によれば、BPCPPPの一般的ラグランジュ緩和についてのGDRFが提供される。   Process step 502 provides a GDRF for the general Lagrange relaxation of BPCPPP.

処理ステップ504によれば、BPCPPPの一般的ラグランジュ緩和のGDRFについての一般的埋め込みを表すデータが提供される。   Process step 504 provides data representing a general embedding for the general Lagrange relaxation GPRF of BPCPPP.

1つの実施形態では、埋め込みはORACLEとの名前空間においてユーザによって格納されるのであり、ORACLE::embeddingとされる。   In one embodiment, the embed is stored by the user in the ORACLE namespace and is ORACLE :: embedding.

引き続き図5を参照するに、そして処理ステップ506によれば、埋め込みソルバサブルーチン(embedding solver subroutine)が提供される。   Continuing to refer to FIG. 5, and in accordance with process step 506, an embedding solver subroutine is provided.

1つの実施形態では、関数はORACLEとの名前空間においてユーザによって実装されるのであり、ORACLE::solve_quboとされる。   In one embodiment, the function is implemented by the user in the ORACLE namespace and is ORACLE :: solve_qubo.

埋め込みソルバサブルーチンの入力パラメータは、ORACLE::solve_quboデータ型のインスタンスへのポインタであり、制約無しの2値2次計画問題を表すのであり、それに対応するバイアスは無視されている。   The input parameters of the embedded solver subroutine are pointers to instances of the ORACLE :: solve_qubo data type and represent an unconstrained binary quadratic programming problem, the corresponding bias being ignored.

埋め込みソルバサブルーチンの出力は、ORACLE::result型のインスタンスへのポインタであり、制約無しの2値多項計画問題に関しての最適解及び準最適解のリストを表すものである。   The output of the embedded solver subroutine is a pointer to an instance of the ORACLE :: result type, which represents a list of optimal solutions and suboptimal solutions for an unconstrained binary multinomial programming problem.

以下においては、D-Wave Systemsによって開発されたAPI(Sapi 2.0)を用いたサブルーチンを提供するためのC++で書かれたコードスニペットの例が提示される。このスニペット内で用いられている関数及び型は2つの補助関数、即ちqubo_to_ising及びspin_to_binaryを除いて、全てSapi 2.0によってサポートされている。前者の関数は、ORACLE::qubo型のUBQPPを、sapi_problem型のイジングスピン問題へと転換するのであり、s=2x−1との変数変換によってこれをなす。2点目の関数は、{−1,1}内のベクトル配列を受信し、x=1/2(s+1)との逆変換を適用することによって2値ベクトルを返す。
In the following, an example of a code snippet written in C ++ to provide a subroutine using an API (Sapi 2.0) developed by D-Wave Systems is presented. The functions and types used in this snippet are all supported by Sapi 2.0 except for two helper functions: qubo_to_sing and spin_to_binary. The former function converts UBQPP of ORACLE :: qubo type to Ising spin problem of sapi_problem type, and does this by variable conversion with s = 2x-1. The second function receives a vector array in {−1, 1} and returns a binary vector by applying the inverse transform with x = 1⁄2 (s + 1).

1つの実施形態では、デジタルコンピュータ202を用いることによって、制約無しの2値最適化問題を量子アニーラ204へと提供する処理が達成されていることが分かる。   In one embodiment, it can be seen that using the digital computer 202, the process of providing an unconstrained binary optimization problem to the quantum aniler 204 has been achieved.

より正確には、1つの実施形態では、インターネット上でのトークンシステムが用いられて、量子アニーラ204に対して遠隔的なアクセスを提供し、また、使用に際しての認証を提供する。   More precisely, in one embodiment, a token system on the Internet is used to provide remote access to the quantum aniler 204 and to provide authentication in use.

1つの実施形態では、量子アニーラ204の使用に関しての命令に従って少なくとも1つの解が量子アニーラ204によってテーブル内で提供されることが分かる。   It can be seen that in one embodiment, at least one solution is provided by the quantum aniler 204 in a table according to the instructions for using the quantum aniler 204.

1つの実施形態では、D Wave systemはsapi_IsingResult*のデータ型で少なくとも1つの解を提供するのであり、そしてそれはQUBO::result*のインスタンスへと自動的にタイプキャスティングされる。   In one embodiment, the D Wave system provides at least one solution in the data type of sapi_IsingResult *, which is automatically type cast to an instance of QUBO :: result *.

引き続き図5を参照するに、そして処理ステップ508によれば、ラグランジュ乗数に関しての下限及び上限が提供される。   Continuing to refer to FIG. 5, and in accordance with process step 508, lower and upper limits for the Lagrange multiplier are provided.

1つの実施形態では、これらのダブル型の実数についての提供行為は、ORACLE::dual_lb及びORACLE::dual_ubの名前を上書きすることによって達成されることに留意されたい。これらの型のそれぞれは、サイズがm+lのダブルのアレイを含む必要がある。これらのアレイの最初のm個のエントリはm個の等式制約に対応するラグランジュ乗数についての下限及び上限をそれぞれ表し、これらの最後のl個はl個の不等式制約に対応するラグランジュ乗数についての下限及び上限をそれぞれ表す。   Note that in one embodiment, the act of serving for these double real numbers is accomplished by overriding the names ORACLE :: dual_lb and ORACLE :: dual_ub. Each of these types needs to contain a double array of size m + 1. The first m entries of these arrays represent the lower and upper bounds for the Lagrange multipliers corresponding to the m equality constraints, respectively, and the last l of these represent the Lagrange multipliers corresponding to the l inequality constraints. It represents the lower limit and the upper limit, respectively.

これらの名前が上書きされない場合、それらの値はデフォルト値をもって初期化されることに留意されたい。   Note that if these names are not overwritten, their values are initialized with default values.

1つの実施形態では、等式制約に対応するラグランジュ乗数についての既定下限は、−1e3であり、それについての既定上限は+1e3である。   In one embodiment, the predetermined lower bound for the Lagrange multiplier corresponding to the equality constraint is −1 e 3 and the predetermined upper bound for that is +1 e 3.

不等式制約に対応するラグランジュ乗数についての既定下限は0であり、それについての既定上限は+1e3である。   The default lower bound for Lagrange multipliers corresponding to inequality constraints is 0, and the default upper bound for that is + 1e3.

引き続き図5を参照するに、そして処理ステップ510によれば、ラグランジュ乗数についての初期値は提供される。   Continuing to refer to FIG. 5, and in accordance with process step 510, an initial value for the Lagrange multiplier is provided.

これらの実数としての値の提供は、ORACLE::dual_init_valとの名前に対して、サイズがm+lのダブルのアレイで上書きすることによって達成されることに留意されたい。この名前が上書きされない場合、それらの値はデフォルト値をもって初期化される。   It should be noted that provision of these values as real numbers is achieved by overwriting the name ORACLE :: dual_init_val with a double array of size m + l. If this name is not overwritten, their values are initialized with default values.

任意の等式制約又は不等式制約に対応する任意のラグランジュ乗数についてのデフォルト初期値は、0である。   The default initial value for any Lagrange multiplier corresponding to any equality or inequality constraint is zero.

処理ステップ512によれば、ラグランジュ双対の劣勾配のノルムについての誤差許容値が提供される。ラグランジュ緩和の任意の劣勾配のノルムがこの許容値を下回った場合、強双対性(strong duality)が成立しているとみなされる。このような場合、ラグランジュ乗数は最適である。1つの実施形態によれば、ユーザによって上書きされない限り、誤差許容値は1e−5に初期化されてORACLE::tolとして格納される。誤差許容値は、ソフトウェアの幾つかの箇所で用いられる。   Process step 512 provides an error tolerance for the undergraded norm of Lagrange duals. A strong duality is considered to hold if the norm of any subgradient of the Lagrange relaxation falls below this tolerance. In such cases, the Lagrange multiplier is optimal. According to one embodiment, the error tolerance is initialized to 1e-5 and stored as ORACLE :: tol, unless overridden by the user. Error tolerances are used in several places in the software.

1つの実施形態によれば、ORACLE::tolは等式制約及び不等式制約を確認するために用いられる。特に、LHS−RHSの全エントリの値(value)が最大でORACLE::tolであれば、LHS≦RHSの不等式の任意の系は充足されているものとみなされる。同様に、LHS−RHSの全エントリの絶対値(absolute value)が最大でORACLE::tolであれば、LHS=RHSの等式の任意の系は充足されているものとみなされる。   According to one embodiment, ORACLE :: tol is used to verify equality and inequality constraints. In particular, if the value (value) of all entries of LHS-RHS is at most ORACLE :: tol, then any system of inequality LHS ≦ RHS is considered to be satisfied. Similarly, if the absolute value (absolute value) of all entries in LHS-RHS is at most ORACLE :: tol, then any system of the LHS = RHS equation is considered to be satisfied.

引き続き図5を参照するに、そして処理ステップ514によれば、総反復回数についての制限値が提供される。   Continuing to refer to FIG. 5, and according to process step 514, a limit value for the total number of iterations is provided.

1つの実施形態によれば、ユーザによって上書きされない限り、反復回数に関しての制限値は1e3に初期化されてORACLE::MaxItrとして格納される。   According to one embodiment, the limit value for the number of iterations is initialized to 1e3 and stored as ORACLE :: MaxItr, unless overwritten by the user.

アルゴリズムが処理ステップ116のORACLE::MaxItrの反復回数に達した場合、アルゴリズムが終了されて、少なくとも1つの知られている最良の主双対(best-known primal-dual pair)と少なくとも1つの知られている最良の実行可能解(best-known feasible solution)とが返される。   If the algorithm reaches the number of iterations of ORACLE :: MaxItr at processing step 116, the algorithm is terminated and at least one known best-known prime-dual pair and at least one known The best-known feasible solution is returned.

ステップ514によれば、非改善反復回数についての制限値が提供される。   According to step 514, a limit is provided for the number of non-improved iterations.

1つの実施形態によれば、ユーザによって上書きされない限り、反復回数に関しての制限値は10に初期化されてORACLE::MaxNonImpItrとして格納される。ORACLE::MaxNonImpItr回の反復回数中に知られている最良のラグランジュ双対値(best-known Lagrangian dual value)が増加しない場合、アルゴリズムが終了されて、少なくとも1つの知られている最良の主双対と少なくとも1つの知られている最良の実行可能解とが返される。   According to one embodiment, the limit value for the number of iterations is initialized to 10 and stored as ORACLE :: MaxNonImpItr, unless overwritten by the user. If the best-known Lagrangian dual value does not increase during the number of ORACLE :: MaxNonImpItr iterations, then the algorithm is terminated and at least one of the known best principal dual and At least one known best feasible solution is returned.

ステップ516によれば、ステップサイズを発見するためのサブルーチンが提供される。   According to step 516, a subroutine is provided for finding the step size.

1つの実施形態では、サブルーチンはORACLEとの名前空間においてユーザによって実装されるのであり、ORACLE::StepSizeとされる。ORACLE::StepSizeがユーザによって上書きされない場合、デフォルト値についての固定ステップサイズが用いられる。   In one embodiment, the subroutine is implemented by the user in the ORACLE namespace and is ORACLE :: StepSize. If ORACLE :: StepSize is not overwritten by the user, then the fixed step size for the default value is used.

1つの実施形態では、ORACLE::StepSizeのサブルーチンは、探索方向を表すダブル*(double*)型のオブジェクトを入力として受信し、また、ステップサイズを表すダブル(double)型のオブジェクトを出力として返す。   In one embodiment, the ORACLE :: StepSize subroutine receives as input a double * object representing a search direction, and returns a double object representing a step size as output. .

1つの実施形態では、探索方向はラグランジュ双対関数の劣勾配であり、また、ステップサイズは固定値たる1とされる。   In one embodiment, the search direction is the undergradient of the Lagrange dual function, and the step size is a fixed value of one.

図1に戻るに、そして処理ステップ106によれば、ラグランジュ乗数の現在値におけるBPCPPPたる(P)のラグランジュ緩和を表すUBQPPが、生成される。   Returning to FIG. 1, and in accordance with process step 106, UBQPP is generated which represents the Lagrange relaxation of BPCPPP (P) at the current value of the Lagrange multiplier.

1つの実施形態では、ラグランジュ乗数の現在値におけるBPCPPPたる(P)のラグランジュ緩和を表すUBQPPが、デジタルコンピュータ202によって生成されるものと理解される。   In one embodiment, it is understood that UBQPP, which represents the Lagrange relaxation of BPCPPP (P) at the current value of the Lagrange multiplier, is generated by the digital computer 202.

より正確には、この実施形態では、次のことをなすことによってUBQPPの生成がなされるものと理解される:即ち、BPCPPPたる(P)の一般的ラグランジュ緩和のGDRFたるqλ,μ(x,y)内において、ラグランジュ乗数の現在値をパラメータたるλ及びμと代替させること。 More precisely, in this embodiment it is understood that the generation of UBQPP is achieved by doing the following: GCPRF of the general Lagrange relaxation of BPCPPP (P) q λ, μ (x , Y), replace the current value of the Lagrange multiplier with the parameters λ and μ.

1つの実施形態では、UBQPPの情報は、ORACLE::quboとの名前の下で格納される。   In one embodiment, UBQPP information is stored under the name ORACLE :: qubo.

引き続き図1を参照するに、そして処理ステップ108によれば、サブルーチンたるORACLE::solve_quboが、入力としてUBQPPたるORACLE::quboと埋め込みたるORACLE::embeddingを伴って呼び出されるのであり、それによってUBQPPについての少なくとも1つの対応する解を量子アニーラ204からもたらすようにする。   Continuing to refer to FIG. 1, and according to process step 108, the subroutine ORACLE :: solve_qubo is called as input with UBQPP ORACLE :: qubo and embedded ORACLE :: embedding as input, whereby UBQPP To provide at least one corresponding solution for.

1つの実施形態では、UBQPPについての少なくとも1つの対応する解が、ORACLE::result型のインスタンスへのポインタをもって達成されるものと理解される。   It is understood that in one embodiment at least one corresponding solution for UBQPP is achieved with a pointer to an instance of type ORACLE :: result.

引き続き図1を参照するに、そして処理ステップ110によれば、UBQPPの少なくとも1つの解は、BPCPPPたる(P)の定義域内のポイントへと変換される。   Continuing to refer to FIG. 1, and in accordance with process step 110, at least one solution of UBQPP is converted to a point within the BPCPPP domain (P).

引き続き図1を参照するに、そして処理ステップ112によれば、検査を行うのであって、これによってUBQPPについての少なくとも1つの解うちのいずれかがBPCPPPたる(P)の実行可能解に対応するかを決定する。   Continuing to refer to FIG. 1, and in accordance with process step 112, perform a check, thereby either of the at least one solution for UBQPP corresponds to a viable solution of BPCPPP (P). Decide.

同処理ステップによれば、少なくとも1つの知られている最良の主双対と少なくとも1つの知られている最良の実行可能解とが、更新される。   According to the same processing step, at least one of the known best principal dual and at least one known best feasible solution are updated.

そして処理ステップ114に転じるに、制約無しの2値2次計画に関しての少なくとも1つの対応する解を用いてラグランジュ緩和の劣勾配を生成する、即ちδ(λ,μ)。 Then, turning to processing step 114, a Lagrange relaxation undergrading is generated using at least one corresponding solution for the unconstrained binary quadratic program, ie δ p (λ, μ).

図6に転じるに、そして処理ステップ602によれば、BPCPPPたる(P)の定義域内の少なくとも1つの対応する2値ベクトルが提供される。   Turning to FIG. 6, and in accordance with process step 602, at least one corresponding binary vector within the BPCPPP domain (P) is provided.

処理ステップ604によれば、UBQPPの解たる
に対応するラグランジュ緩和の劣勾配が次のように導出される:
According to processing step 604, the UBQPP is solved
The corresponding Lagrange relaxation undergradient is derived as follows:

1つの実施形態では、制約無しの2次計画問題(unconstrained quadratic programming problem)についての複数の2値解(binary solution)が提供された場合、最小のノルムを有する劣勾配を選択することができる。   In one embodiment, if multiple binary solutions for unconstrained quadratic programming problems are provided, the undergradient with the smallest norm can be selected.

1つの実施形態では、導出された劣勾配を正規化することができる。   In one embodiment, the derived underslope can be normalized.

処理ステップ606によれば、導出された劣勾配はステップサイズサブルーチンに提供され、ステップサイズに関しての値が得られる。   According to process step 606, the derived undergradient is provided to the step size subroutine to obtain a value for the step size.

実施形態によれば、ステップサイズサブルーチンがユーザによって初期化された場合、ORACLE::StepSizeに対して呼び出しを行うことによってステップサイズたるαを見つける。   According to an embodiment, if the step size subroutine is initialized by the user, find the step size α by making a call to ORACLE :: StepSize.

処理ステップ608によれば、ラグランジュ乗数は次のように更新される:

ここで、new:新であり、old:旧である。
According to process step 608, the Lagrange multipliers are updated as follows:

Here, new: new, old: old.

図1に戻るに、そして処理ステップ116によれば、検査を行うのであって、これによってこれまでのORACLE::MaxNonImpItr回のステップにおいてδ(λ,μ)の最良値が改善されたか否かを判別する。 Returning to FIG. 1, and in accordance with process step 116, a test is performed to determine whether the best value of δ p (λ, μ) has been improved in the previous ORACLE :: MaxNonImpItr steps. To determine

処理ステップ118によれば、これまでのORACLE::MaxNonImpItr回のステップにおいてδ(λ,μ)の最良値が改善されていない場合、最適化の結果が提供される。 Process step 118 provides the result of the optimization if the best value of δ p (λ, μ) has not been improved in the previous ORACLE :: MaxNonImpItr steps.

1つの実施形態では、結果は次の事項を含む集合を含むものと理解される:即ち、知られている最良の主双対(x,λ,μ)全部、及び、知られている最良の実行可能解全部。 In one embodiment, the result is understood to include the set including: all known best principal duals (x * , λ * , μ * ) and known All the best possible solutions.

1つの実施形態では、結果は、デジタルコンピュータを用いてファイル内に格納される。   In one embodiment, the results are stored in a file using a digital computer.

本願開示の方法の利点としては、BPCPPPの解を探索するに際して効率的な方法を可能たらしめることが挙げられるのであり、量子アニーラを用いてそのラグランジュ双対の解を見つけることによってこのことを成し遂げる。   An advantage of the method of the present disclosure is to enable an efficient method in searching for a solution of BPCPPP, which is achieved by finding the solution of its Lagrange dual using a quantum anila.

さらに、本願開示の方法によれば、BPCPPPのラグランジュ双対を解くためのシステムの処理内容を向上させることできることが明かとなる。   Furthermore, it becomes clear that the method disclosed herein can improve the processing content of the system for solving the Lagrange dual of BPCPPP.

終了がなされるまで、ラグランジュ乗数が反復的に更新されていくものと理解されよう。ラグランジュ双対関数の劣勾配のノルムが最大でORACLE::tolとなった場合、又は、ORACLE::MaxNonImpItr回若しくはORACLE::MaxItr回の反復後に最良主双対に関して改善が見られない場合に、プログラムは終了する。   It will be understood that the Lagrange multipliers will be updated iteratively until the end is made. If the norm of the undergrading of the Lagrange dual function is at most ORACLE :: tol, or if no improvement is seen for the best main dual after ORACLE :: MaxNonImpItr or ORACLE :: MaxItr iterations, then the program finish.

以下においては本願開示の方法の使用例についての例示を示すのであり、最大2次安定化集合問題(MQSSP、maximum quadratic stable set problem)に適用した場合について述べる。   In the following, an example of how to use the method of the present disclosure will be illustrated, and the case of application to the maximum quadratic stable set problem (MQSSP) will be described.

G=(V,E)がn個の頂点についてのグラフを定義するものとし;WはエッジたるEの重み付けを表す行列であってサイズがnで対称かつ正方型の行列であり;そして、AはGの隣接行列であるものとする。MQSSPは次のように定式化される:
Let G = (V, E) define a graph for n vertices; W is a matrix representing the weighting of the edge E, a symmetric and square matrix of size n; and A Is the adjacency matrix of G. The MQSSP is formulated as follows:

目的関数について符号を負としたものを採用することによって、最大化目的関数(maximization objective function)は最小化処理(minimization)として次のように記述され得る:
By adopting a negative sign for the objective function, the maximization objective function can be described as minimization as follows:

1つの例では、5つの頂点を有するグラフが5人の同僚(coworker)からなる群を表すものとする。同僚のペア毎に、同僚間の協調に関しての効用係数(utility factor)が割り当てられているものとする。各個人に対して、各々の成果に関して効用係数が割り当てられているものとし、これらの値は行列Wの対角線上にあるものとする。これらの効用は次の上三角行列として表され得る:
In one example, let a graph with five vertices represent a group of five coworkers. Each colleagues pair shall be assigned the utility factor regarding cooperation between colleagues (u tility factor). For each individual, a utility factor is assigned for each outcome, and these values are on the diagonal of the matrix W. These utilities can be expressed as an upper triangular matrix:

各作業員(worker)には作業シフトがあるものとし、重複するシフトを有する同僚ペアについては行列Aがゼロでないエントリを有しているものとするのであり例えば次のようになるとする:
Suppose each worker has a work shift, and for co-worker pairs with overlapping shifts, the matrix A has non-zero entries, for example:

どの二人のチーム構成員も重複するシフトを有していないようにしてプロジェクトについての最も生産的なチーム編成を選択するという問題は、MQSSPの一例である。   The problem of choosing the most productive team formation for a project, with no two team members having duplicate shifts, is an example of the MQSSP.

上述の行列A及びWを与えられたらば、処理ステップ102に従って以下のBPCPPPが得られる:
Given the above matrices A and W, the following BPCPPP is obtained according to process step 102:

上述の例の目的関数及び不等式制約の2つの多項式は2次式であるため、この問題のラグランジュ緩和の次数低減形式は、ラグランジュ緩和それ自体と同じである。サイズが5である完全なグラフについての埋め込みが提供される。次のコードスニペットは、2つの部分からなるK4,4−二部型キメラブロック上の、サイズが5である完全なグラフについての埋め込みを提供するのであり、それは2つの部分からなり、各々のサイズは4であり、第1の部分は0〜3の整数でインデキシングされ、第2の部分は4〜7の整数でインデキシングされている。
The order reduction form of the Lagrange relaxation of this problem is the same as the Lagrange relaxation itself, since the two polynomials of the objective function and the inequality constraint in the above example are quadratic. Embedding is provided for the complete graph which is 5 in size. The following code snippet provides embedding for a complete graph of size 5 on a two-part K 4,4 -two-part chimera block, which consists of two parts, one for each The size is 4 and the first part is indexed with an integer from 0 to 3 and the second part is indexed with an integer from 4 to 7.

ラグランジュ乗数の下限及び上限はそれぞれ0及び100として設定される。ラグランジュ乗数の初期値として0が割り当てられている。ラグランジュ双対関数の劣勾配のノルムについての許容値は10−3として設定される。総反復回数及び改善をもたらさない反復回数についての制限値は、それぞれ100及び5とされる。この例で用いられるステップサイズサブルーチンは、次のスクリプトに従ってサイズが0.5の固定ステップサイズをもたらすサブルーチンである:
double ORACLE::StepSize() { return 0.5; }
The lower and upper limits of the Lagrange multiplier are set as 0 and 100 respectively. 0 is assigned as the initial value of the Lagrange multiplier. The tolerance for the undergraded norm of the Lagrange dual function is set as 10 −3 . Limits for the total number of iterations and the number of iterations that do not result in improvement are 100 and 5, respectively. The step size subroutine used in this example is the subroutine that results in a fixed step size of size 0.5 according to the following script:
double ORACLE :: StepSize () {return 0.5;}

メソッドが開始されると、最良実行可能解及び最良主双対についてのリストは初期化されて空集合とされる。提示される方法のラグランジュ乗数はλ=0で初期化され、下記の問題が量子アニーラによって解かれる:

得られる最適解はx=(1,1,1,1,1)であり、最適値は−33である。xは実行可能ではない故に、最良実行可能解のリストは更新されない。もっとも、最良主双対は(x,λ)に更新される。
When the method is started, the list for the best feasible solution and the best principal dual is initialized to an empty set. The Lagrange multipliers of the presented method are initialized at λ 1 = 0 and the following problems are solved by the quantum anila:

The optimal solution obtained is x 1 = ( 1, 1, 1, 1, 1 ), and the optimal value is −33. Since x 1 is not feasible, the list of best feasible solutions is not updated. However, the best principal dual is updated to (x 1 , λ 1 ).

以下のラグランジュ緩和の劣勾配はx=(1,1,1,1,1)についてxAx=8である:

ステップサイズサブルーチンに関しては、サイズが0.5の固定ステップサイズが用いられるものとする。そして、その次のラグランジュ乗数は次のように計算される:
λ2=0+0.5*8=4
The undergradient of the following Lagrange relaxation is x t Ax = 8 for x 1 = (1,1,1,1):

For the step size subroutine, a fixed step size of 0.5 is used. And its next Lagrange multiplier is calculated as follows:
λ 2 = 0 + 0.5 * 8 = 4

以下のラグランジュ緩和問題は量子アニーラによって解かれる:

最適値が−16となる最適解x=(1,0,1,1,0)が得られる。最良主双対は(x,λ)に更新されるも、xが実行不能故に最良実行可能解は空集合のままとされる。
The following Lagrange relaxation problems are solved by the quantum anila:

An optimal solution x 2 = (1, 0, 1, 1, 0) with an optimal value of −16 is obtained. Even though the best principal dual is updated to (x 2 , λ 2 ), the best feasible solution is left as an empty set because x 2 is not feasible.

この解におけるラグランジュ緩和の劣勾配は2である。そして、その次のラグランジュ乗数は次のように計算される:
λ3=4+0.5*2=5
The Lagrange relaxation undergrading in this solution is two. And its next Lagrange multiplier is calculated as follows:
λ 3 = 4 + 0.5 * 2 = 5

以下のラグランジュ緩和問題は量子アニーラによって解かれる:
最適値が−14となる最適解x=(1,0,1,1,0)が得られる。最良主双対は(x,λ)に更新されるも、xが実行不能故に最良実行可能解は空集合のままとされる。
The following Lagrange relaxation problems are solved by the quantum anila:
An optimal solution x 3 = (1, 0, 1, 1, 0) with an optimal value of −14 is obtained. Even though the best principal dual is updated to (x 3 , λ 3 ), the best feasible solution is left as an empty set because x 3 is not feasible.

この解におけるラグランジュ緩和の劣勾配は2である。そして、その次のラグランジュ乗数は次のように計算される:
λ4=5+0.5*2=6
The Lagrange relaxation undergrading in this solution is two. And its next Lagrange multiplier is calculated as follows:
λ 4 = 5 + 0.5 * 2 = 6

以下のラグランジュ緩和問題は量子アニーラによって解かれる:
最適値が−13となる最適解x=(1,0,0,1,0)が得られる。xが実行可能であるが故に、最良主双対(x,λ)と共に最良実行可能解も更新される。
The following Lagrange relaxation problems are solved by the quantum anila:
An optimal solution x 4 = (1, 0, 0, 1, 0) with an optimal value of −13 is obtained. Since x 4 is feasible, the best feasible solution is also updated along with the best principal dual (x 4 , λ 4 ).

この現在の解においては、ラグランジュ緩和の劣勾配のノルムは0であり、方法は終了する。最良実行可能解たるx=(1,0,0,1,0)及び最良主双対たる(x,λ)=((1,0,0,1,0),6)が報告される。 In this current solution, the Lagrange relaxation undergrading norm is zero and the method ends. The best feasible solution x 4 = (1,0,0,1,0) and the best principal duality (x 4 , λ 4 ) = ((1,0,0,1,0), 6) are reported Ru.

本願に関していえば、得られた解では、どの二人の同僚も重複するシフトを有さないようにした場合、全てのチームの内、作業員1号及と作業員4号とからなるチームが最も生産的なチームであることになる。   In the context of the present application, in the solution obtained, if no two co-workers have overlapping shifts, the team consisting of workers 1 and 4 and of all teams will have It will be the most productive team.

本願開示の方法の利点としては、BPCPPPのラグランジュ双対を解くためのシステムの処理が改善することが挙げられる。より正確には、本願開示の方法は、従来技術の方法に比してよりエラーをもたらしづらいのであり、これは相当な利点である。   An advantage of the disclosed method is that it improves the processing of the system to solve the BPCPPP Lagrange dual. More precisely, the method of the present disclosure is less error prone than the methods of the prior art, which is a considerable advantage.

不揮発性コンピュータ可読記憶媒体がさらに開示されていることに留意されたい。不揮発性コンピュータ可読記憶媒体はコンピュータ実行可能命令を格納するために用いられるのであり、該命令は実行されるとデジタルコンピュータにBPCPPPのラグランジュ双対を解くための方法を行わせるのであって該方法は次のステップを含む:BPCPPPを取得するステップと;収束が検出されるまでは反復的に:ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数におけるBPCPPPのラグランジュ緩和を表すUBQPPを提供し、UBQPPを量子アニーラに提供し、量子アニーラから少なくとも1つの対応する解を取得し、少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;収束が検出された後に、対応するBPCPPPのラグランジュ双対の知られている最良の主双対及びBPCPPPの知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ。   It should be noted that the non-volatile computer readable storage medium is further disclosed. A non-volatile computer-readable storage medium is used to store computer-executable instructions that, when executed, cause a digital computer to perform a method for solving the BPCPPP Lagrange dual, the method comprising the steps of: Obtaining the BPCPPP step; and iteratively until convergence is detected: Provide a set of Lagrange multipliers, provide UBQPP representing the Lagrange relaxation of BPCPPP in these Lagrange multipliers, and quantum UBQPP Providing to the anila, obtaining at least one corresponding solution from the quantum anila, and using the at least one corresponding solution to generate a new set of Lagrange multipliers; and after convergence is detected, the corresponding BPCPPP's Known best of Lagrange duals The step of providing all of the best feasible solutions of known the main dual and BPCPPP.

上述の説明は発明者らによって現在検討されている具体的な実施形態に関連しているが、広義の意味合いにおいては、本発明は説明された要素についての機能的等価物をも含むものであると解されるべきである。   While the above description relates to the specific embodiments currently considered by the inventors, in a broad sense the present invention is also construed to include functional equivalents to the elements described. It should be.

項1
2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法であって、該方法は、
処理装置を用いて:
2値多項的に制約された多項計画問題 を取得するステップと;
収束が検出されるまでは反復的に、
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
提供されたラグランジュ乗数の前記セットにおける 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2値2次計画問題 を2値オプティマイザに提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;
収束後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の前記ラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを行わせることを含む、方法。
Item 1
A method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said method comprising
Using the processor:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected,
Provide a set of Lagrange multipliers,
Providing an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in the set of provided Lagrange multipliers,
Providing the unconstrained binary quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a set of new Lagrange multipliers using said at least one corresponding solution;
After convergence, the known best primal dual of the Lagrange dual of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known best of the binary multinomial constrained multinomial programming problem Providing all of the viable solutions.

項2
項1に記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップは、
多項式たる目的関数を表すデータを取得することと、
多項等式制約を表すデータを取得することと、
多項不等式制約を表すデータを取得すること
とを含む、方法。
Item 2
The method according to claim 1, wherein acquiring the binary polynomially constrained multinomial programming problem comprises:
Obtaining data representing an objective function that is a polynomial;
Obtaining data representing a polynomial equality constraint;
Obtaining data representing a multiple inequality constraint.

項3
項1〜2のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題は、ユーザ、コンピュータ、ソフトウェアパッケージ及びインテリジェントエージェントの少なくとも1つから取得される、方法。
Item 3
The method according to any one of Items 1 to 2, wherein the binary multinomial constrained polynomial programming problem is obtained from at least one of a user, a computer, a software package, and an intelligent agent.

項4
項1〜3のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップは、ソフトウェアパラメータを初期化すること及びステップサイズサブルーチンを取得することをさらに含む、方法。
Item 4
In the method according to any one of Items 1 to 3, the step of obtaining the binary polynomial constrained polynomial programming problem further includes initializing software parameters and obtaining a step size subroutine. The way, including.

項5
項4に記載の方法において、前記ソフトウェアパラメータを初期化することは、
前記2値多項的に制約された多項計画問題の一般的ラグランジュ緩和の一般的次数低減形式を、元の変数及び補助変数を用いて前記ラグランジュ乗数でパラメータ化した2値2次関数についてのパラメータ化ファミリとして提供することを含む、方法。
Item 5
The method according to claim 4, wherein initializing the software parameter is:
Parameterization of the general degree reduction form of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem for the binary quadratic function parameterized with the Lagrange multiplier using the original variables and auxiliary variables Methods, including providing as a family.

項6
項4に記載の方法において、前記ソフトウェアパラメータを初期化することは、
前記2値多項的に制約された多項計画問題の前記一般的ラグランジュ緩和の前記一般的次数低減形式についての一般的埋め込みを提供することと、
解についてのリストを提供するための埋め込みソルバ関数を提供することと、
ラグランジュ乗数について初期値及びデフォルト値の内の1つを提供することと、
収束条件に関して誤差許容値を提供することと、
総反復回数についての制限値及び非改善反復回数についての制限値を表す整数を提供すること
とをも含む、方法。
Item 6
The method according to claim 4, wherein initializing the software parameter is:
Providing a general embedding for the general order reduction form of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem;
Providing an embedded solver function to provide a list of solutions;
Providing one of an initial value and a default value for the Lagrange multiplier,
Providing an error tolerance for the convergence condition;
Providing an integer representing the limit value for the total number of iterations and the limit value for the non-improved iterations.

項7
項1に記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題の初期ラグランジュ緩和は初期のラグランジュ乗数のセットを用いて生成される、方法。
Item 7
The method according to claim 1, wherein the initial Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem is generated using a set of initial Lagrange multipliers.

項8
項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの対応する解を用いて前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対の劣勾配を生成する、方法。
Item 8
The method according to claim 1, wherein the at least one corresponding solution is used to generate a Lagrange dual undergradient of the binary polynomially constrained polynomial programming problem.

項9
項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの対応する解を用いて、前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対についての線形再定式化のための少なくとも1つの外側近似切断を生成する、方法。
Item 9
The method according to claim 1, wherein the at least one corresponding solution is used to generate at least one outer approximation cut for linear reformulation on Lagrange duals of the binary polynomially constrained polynomial programming problem. How to generate.

項10
項1〜9のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対への対応する解の提供は、前記対応する解をファイルに格納することを含む、方法。
Item 10
The method according to any one of Items 1 to 9, wherein providing corresponding solutions to Lagrange duals of the binary polynomially constrained polynomial programming problem includes storing the corresponding solutions in a file The way, including.

項11
デジタルコンピュータであって:
中央処理装置と;
表示装置と;
前記デジタルコンピュータを2値オプティマイザに動作可能に接続するための通信ポートと;
2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くためのアプリケーションを含むメモリ部であって、該アプリケーションは:
2値多項的に制約された多項計画問題を取得するための命令と;
反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数における 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、前記通信ポートを用いて 前記制約無しの2次計画問題 を前記2値オプティマイザへと提供し;前記通信ポートを介して前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、前記少なくとも1つの対応する解を用いて収束が検出されるまで新たなラグランジュ乗数のセットを生成するための命令と、
収束が検出された後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するための命令
とを含む、メモリ部と;
前記中央処理装置と前記表示装置と前記通信ポートと前記メモリ部とを相互接続するためのデータバス
とを含む、デジタルコンピュータ。
Item 11
Digital computer:
Central processing unit;
Display device;
A communication port for operatively connecting the digital computer to the binary optimizer;
A memory unit comprising an application for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said application comprising:
Instructions for obtaining a binary polynomially constrained multinomial programming problem;
Providing a set of Lagrange multipliers iteratively, representing Lagrange relaxations of the binary polynomially constrained multi-term programming problem in these Lagrange multipliers, and providing an unconstrained binary quadratic programming problem, the communication port Providing the unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer using: obtaining at least one corresponding solution from the binary optimizer via the communication port, the at least one corresponding solution An instruction to use to generate a new set of Lagrange multipliers until convergence is detected;
After convergence is detected, the known best principal dual of Lagrange duals of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known of the binary multinomial constrained multinomial programming problem known A memory unit including instructions for providing all of the best possible solutions;
A digital computer, comprising: a data bus for interconnecting the central processing unit, the display unit, the communication port, and the memory unit.

項12
コンピュータ実行可能命令を格納するための不揮発性コンピュータ可読記憶媒体であって、該命令を実行すると、2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法をデジタルコンピュータに行わせるのであり、該方法は:
2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップと、
収束が検出されるまでは反復的に:
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
これらのラグランジュ乗数における 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2次計画問題 を2値オプティマイザへと提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと、
収束が検出された後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを含む、媒体。
Item 12
A non-volatile computer readable storage medium for storing computer executable instructions that, when executed, causes a digital computer to perform a method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem. And the method is:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected:
Provide a set of Lagrange multipliers,
Provide an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in these Lagrange multipliers,
Provide the above unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a new set of Lagrange multipliers using the at least one corresponding solution;
After convergence is detected, the known best principal dual of Lagrange duals of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known of the binary multinomial constrained multinomial programming problem known Providing all of the best possible solutions.

項13
2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法であって、該方法は:
2値多項的に制約された多項計画問題 を取得するステップと;
収束が検出されるまでは反復的に、
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
提供されたラグランジュ乗数の前記セットにおける 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2値2次計画問題 を2値オプティマイザに提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;
収束後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の前記ラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを含む、方法。
Item 13
A method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said method comprising:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected,
Provide a set of Lagrange multipliers,
Providing an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in the set of provided Lagrange multipliers,
Providing the unconstrained binary quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a set of new Lagrange multipliers using said at least one corresponding solution;
After convergence, the known best primal dual of the Lagrange dual of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known best of the binary multinomial constrained multinomial programming problem Providing all of the feasible solutions.

項14
項1〜10及び13のいずれか1つに記載の方法において、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、方法。
Item 14
14. The method according to any one of items 1 to 10 and 13, wherein the binary optimizer comprises a quantum aniler.

項15
項11に記載のデジタルコンピュータにおいて、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、デジタルコンピュータ。
Item 15
12. A digital computer according to item 11, wherein the binary optimizer comprises a quantum aniler.

項16
項12に記載の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体において、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、媒体。
Item 16
The non-volatile computer readable storage medium according to Item 12, wherein the binary optimizer includes a quantum aniler.

Claims (16)

2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法であって、該方法は、
処理装置を用いて:
2値多項的に制約された多項計画問題 を取得するステップと;
収束が検出されるまでは反復的に、
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
提供されたラグランジュ乗数の前記セットにおける 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2値2次計画問題 を2値オプティマイザに提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;
収束後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の前記ラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを行わせることを含む、方法。
A method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said method comprising
Using the processor:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected,
Provide a set of Lagrange multipliers,
Providing an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in the set of provided Lagrange multipliers,
Providing the unconstrained binary quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a set of new Lagrange multipliers using said at least one corresponding solution;
After convergence, the known best primal dual of the Lagrange dual of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known best of the binary multinomial constrained multinomial programming problem Providing all of the viable solutions.
請求項1に記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップは、
多項式たる目的関数を表すデータを取得することと、
多項等式制約を表すデータを取得することと、
多項不等式制約を表すデータを取得すること
とを含む、方法。
The method according to claim 1, wherein the step of obtaining the binary polynomially constrained polynomial programming problem comprises:
Obtaining data representing an objective function that is a polynomial;
Obtaining data representing a polynomial equality constraint;
Obtaining data representing a multiple inequality constraint.
請求項1〜2のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題は、ユーザ、コンピュータ、ソフトウェアパッケージ及びインテリジェントエージェントの少なくとも1つから取得される、方法。   The method according to any one of the preceding claims, wherein the binary polynomially constrained polynomial programming problem is obtained from at least one of a user, a computer, a software package and an intelligent agent. 請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップは、ソフトウェアパラメータを初期化すること及びステップサイズサブルーチンを取得することをさらに含む、方法。   4. A method according to any one of the preceding claims, wherein the step of obtaining the binary polynomially constrained polynomial programming problem comprises initializing software parameters and obtaining a step size subroutine. In addition, the method. 請求項4に記載の方法において、前記ソフトウェアパラメータを初期化することは、
前記2値多項的に制約された多項計画問題の一般的ラグランジュ緩和の一般的次数低減形式を、元の変数及び補助変数を用いて前記ラグランジュ乗数でパラメータ化した2値2次関数についてのパラメータ化ファミリとして提供することを含む、方法。
The method according to claim 4, wherein initializing the software parameters is
Parameterization of the general degree reduction form of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem for the binary quadratic function parameterized with the Lagrange multiplier using the original variables and auxiliary variables Methods, including providing as a family.
請求項4に記載の方法において、前記ソフトウェアパラメータを初期化することは、
前記2値多項的に制約された多項計画問題の前記一般的ラグランジュ緩和の前記一般的次数低減形式についての一般的埋め込みを提供することと、
解についてのリストを提供するための埋め込みソルバ関数を提供することと、
ラグランジュ乗数について初期値及びデフォルト値の内の1つを提供することと、
収束条件に関して誤差許容値を提供することと、
総反復回数についての制限値及び非改善反復回数についての制限値を表す整数を提供すること
とをも含む、方法。
The method according to claim 4, wherein initializing the software parameters is
Providing a general embedding for the general order reduction form of the general Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem;
Providing an embedded solver function to provide a list of solutions;
Providing one of an initial value and a default value for the Lagrange multiplier,
Providing an error tolerance for the convergence condition;
Providing an integer representing the limit value for the total number of iterations and the limit value for the non-improved iterations.
請求項1に記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題の初期ラグランジュ緩和は初期のラグランジュ乗数のセットを用いて生成される、方法。   The method of claim 1, wherein the initial Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem is generated using a set of initial Lagrange multipliers. 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの対応する解を用いて前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対の劣勾配を生成する、方法。   The method according to claim 1, wherein the at least one corresponding solution is used to generate Lagrange dual undergradients of the binary polynomially constrained polynomial programming problem. 請求項1に記載の方法において、前記少なくとも1つの対応する解を用いて、前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対についての線形再定式化のための少なくとも1つの外側近似切断を生成する、方法。   The method according to claim 1, wherein the at least one corresponding solution is used to at least one outer approximation cutting for linear reformulation on Lagrange duals of the binary polynomially constrained polynomial programming problem. How to generate 請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法において、前記2値多項的に制約された多項計画問題のラグランジュ双対への対応する解の提供は、前記対応する解をファイルに格納することを含む、方法。   10. A method according to any one of the preceding claims, wherein the provision of corresponding solutions to Lagrange duals of the binary polynomially constrained polynomial programming problem comprises storing the corresponding solutions in a file. Method, including. デジタルコンピュータであって:
中央処理装置と;
表示装置と;
前記デジタルコンピュータを2値オプティマイザに動作可能に接続するための通信ポートと;
2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くためのアプリケーションを含むメモリ部であって、該アプリケーションは:
2値多項的に制約された多項計画問題を取得するための命令と;
反復的に、ラグランジュ乗数のセットを提供し、これらのラグランジュ乗数における 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、前記通信ポートを用いて 前記制約無しの2次計画問題 を前記2値オプティマイザへと提供し;前記通信ポートを介して前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、前記少なくとも1つの対応する解を用いて収束が検出されるまで新たなラグランジュ乗数のセットを生成するための命令と、
収束が検出された後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するための命令
とを含む、メモリ部と;
前記中央処理装置と前記表示装置と前記通信ポートと前記メモリ部とを相互接続するためのデータバス
とを含む、デジタルコンピュータ。
Digital computer:
Central processing unit;
Display device;
A communication port for operatively connecting the digital computer to the binary optimizer;
A memory unit comprising an application for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said application comprising:
Instructions for obtaining a binary polynomially constrained multinomial programming problem;
Providing a set of Lagrange multipliers iteratively, representing Lagrange relaxations of the binary polynomially constrained multi-term programming problem in these Lagrange multipliers, and providing an unconstrained binary quadratic programming problem, the communication port Providing the unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer using: obtaining at least one corresponding solution from the binary optimizer via the communication port, the at least one corresponding solution An instruction to use to generate a new set of Lagrange multipliers until convergence is detected;
After convergence is detected, the known best principal dual of Lagrange duals of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known of the binary multinomial constrained multinomial programming problem known A memory unit including instructions for providing all of the best possible solutions;
A digital computer, comprising: a data bus for interconnecting the central processing unit, the display unit, the communication port, and the memory unit.
請求項11に記載のデジタルコンピュータにおいて、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、デジタルコンピュータ。   The digital computer according to claim 11, wherein the binary optimizer comprises a quantum aniler. コンピュータ実行可能命令を格納するための不揮発性コンピュータ可読記憶媒体であって、該命令を実行すると、2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法をデジタルコンピュータに行わせるのであり、該方法は:
2値多項的に制約された多項計画問題を取得するステップと、
収束が検出されるまでは反復的に:
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
これらのラグランジュ乗数における 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2次計画問題 を2値オプティマイザへと提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと、
収束が検出された後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを含む、媒体。
A non-volatile computer readable storage medium for storing computer executable instructions that, when executed, causes a digital computer to perform a method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem. And the method is:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected:
Provide a set of Lagrange multipliers,
Provide an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in these Lagrange multipliers,
Provide the above unconstrained quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a new set of Lagrange multipliers using the at least one corresponding solution;
After convergence is detected, the known best principal dual of Lagrange duals of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known of the binary multinomial constrained multinomial programming problem known Providing all of the best possible solutions.
請求項13に記載の不揮発性コンピュータ可読記憶媒体において、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、媒体。 The non-volatile computer readable storage medium of claim 13 , wherein the binary optimizer comprises a quantum aniler. 2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ双対を解くための方法であって、該方法は:
2値多項的に制約された多項計画問題 を取得するステップと;
収束が検出されるまでは反復的に、
ラグランジュ乗数のセットを提供し、
提供されたラグランジュ乗数の前記セットにおける 前記2値多項的に制約された多項計画問題 のラグランジュ緩和を表す 制約無しの2値2次計画問題 を提供し、
前記制約無しの2値2次計画問題 を2値オプティマイザに提供し、
前記2値オプティマイザから少なくとも1つの対応する解を取得し、
前記少なくとも1つの対応する解を用いて新たなラグランジュ乗数のセットを生成するステップと;
収束後に、対応する 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の前記ラグランジュ双対の知られている最良の主双対及び 前記2値多項的に制約された多項計画問題 の知られている最良の実行可能解の全てを提供するステップ
とを含む、方法。
A method for solving Lagrange duals of a binary polynomially constrained polynomial programming problem, said method comprising:
Obtaining a binary multinomial constrained multinomial programming problem;
Iteratively until convergence is detected,
Provide a set of Lagrange multipliers,
Providing an unconstrained binary quadratic programming problem representing the Lagrange relaxation of the binary polynomially constrained polynomial programming problem in the set of provided Lagrange multipliers,
Providing the unconstrained binary quadratic programming problem to the binary optimizer,
Obtain at least one corresponding solution from the binary optimizer,
Generating a set of new Lagrange multipliers using said at least one corresponding solution;
After convergence, the known best primal dual of the Lagrange dual of the corresponding binary multinomial constrained multinomial programming problem and the known best of the binary multinomial constrained multinomial programming problem Providing all of the feasible solutions.
請求項1〜10及び15のいずれか1つに記載の方法において、前記2値オプティマイザは量子アニーラを含む、方法。 The method according to any one of claims 1-10 and 15 , wherein the binary optimizer comprises a quantum aniler.
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